CENTRALES TÉRMICAS

DEFINICION Y OBJETIVOS

Una central térmica es una instalación que produce energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas en una caldera. El combustible se almacena en parques o depósitos adyacentes, desde donde se suministra a la central, pasando a la caldera, en la que se provoca la combustión.

En una central térmica la energía mecánica que se necesita para mover el rotor del generador y por tanto para obtener la energía eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en una caldera. El vapor generado tiene una gran presión, y se hace llegar a las turbinas para que su expansión sea capaz de mover los árabes de las mismas.

Las denominadas termoeléctricas clásicas son de: carbón, de fuel o gas natural. En estas centrales la energía de la combustión del carbón, fuel o gas natural se utiliza para hacer la tran7*sformación del agua en vapor. Una central térmica clásica se compone de una caldera y de un/ turbina que mueve al generador eléctrico. La caldera es el elemento fundamental y en ella se produce la combustión del carbón, fuel o gas.

El funcionamiento convencional de una central térmica es el siguiente:El vapor de agua se bombea a alta presión a través de la caldera, a fin de obtener el mayor rendimiento posible. Gracias a esta presión en los tubos de la caldera, el vapor de agua puede llegar a alcanzar temperaturas de hasta 600 ºC (vapor recalentado).Este vapor entra a gran presión en la turbina a través de un sistema de tuberías.

La turbina consta de tres cuerpos; de alta, media y baja presión respectivamente. El objetivo de esta triple disposición es aprovechar al máximo la fuerza del vapor, ya que este va perdiendo presión progresivamente.*

Así pues, el vapor de agua a presión hace girar la turbina, generando energía mecánica. Hemos conseguido transformar la energía térmica en energía mecánica de rotación.

Ventajas e inconvenientes:

Estas centrales tienen un gran impacto medio ambiental, contaminan la atmósfera a causa de sus grandes emisiones de gases procedentes de la combustión.

A parte de esto estas centrales causan enfermedades respiratorias y producen un alto nivel de ruido. Por sus emisiones de gases ayuda al efecto invernadero, y también impactan negativamente en el ecosistema.
Estas centrales tienen como ventaja su capacidad de rendimiento y también de potencia. La central de mayor potencia probablemente sea a central térmica de lignito de Puentes de García Rodríguez que Posee una potencia de 1400 MW.

FUNCIONAMIENTO

En estas centrales, la energía mecánica necesaria para mover las turbinas que están conectadas al rotor del generador, proviene de la energía térmica contenida en el vapor de agua a presión. El tipo de combustible utilizado para producir el vapor de agua determina el tipo de central térmica: de petróleo, de gas natural o carbón.
Funcionamiento de una central térmica no nuclear:
El vapor de agua producido al calentar el agua se bombea a alta presión para que alcance una temperatura de 600ºC. Acto seguido, a través de un sistema de tuberías, entra en una turbina y hace que gire. Se produce, así energía mecánica, la cual se transforma en energía eléctrica por medio de un generador que está acoplado a la turbina.





CENTRALES IMPLANTADAS EN ESPAÑA

CURIOSIDADES

COMPONENTES DE UNA CENTRAL TERMICA
CARACTERÍSTICAS – FUNCION

TURBOGENERADOR
En él tienen lugar las siguientes conversiones de energía:
Energía calorífica del vapor a energía cinética en las toberas de la turbina.
Energía cinética del vapor a energía mecánica en los álabes, la que se recoge en la flecha de la turbina.
Energía mecánica o energía eléctrica, de la flecha al embobinado del generador.

GENERADOR DE VAPOR

El término de generador de vapor o caldera se aplica normalmente a un dispositivo que genera vapor para producir energía, para procesos o dispositivos de calentamiento. Las calderas se diseñan para transmitir calor de una fuente externa de combustión a un fluido (agua) contenido dentro de ella
La caldera está compuesta por equipos como ventiladores de aire y gases, precalentadores de aire, ductos, chimenea, economizador, domo, hogar, sobrecalentador, recalentador, quemadores, accesorios, instrumentos, etc.

CONDENSADOR

La condensación el vapor de escape de la turbina y drenes se efectúa en el condensador , además de la extracción de algunos gases inconfensables.

TORRE DE ENFRIAMIENTO

Las torres de enfriamiento son dispositivos de enfriamiento artificial de agua. Se clasifican como cambiadores de calor entre un volumen en circuito cerrado de agua y aire atmosférico.
Básicamente las torres de enfriamiento son cambiadores de calor de mezcla, efectuando la transmisión de calor por cambio de sustancia y convección entre los medios. El agua cede calor al aire sobre todo por evaporación, lo hace también por convección, pero en forma secundaria.

BOMBAS

De acuerdo con el mecanismo que mueve el flujo, las bombas se clasifican en:
centrífugas
rotatorias
alternativas

CAMBIADOR DE CALOR

Después de la resistencia de los materiales, los problemas que involucran flujo de calor son los más importantes en la ingeniería.
el calor se transfiere mediante aparatos llamados cambiadores de calor; los principales de éstos equipos, son los siguientes:
calentadores de agua de alimentación
calentadores de combustible
generador de vapor / vapor
evaporadores
enfriadores de agua
enfriadores de aceite
enfriadores de hidrógeno
condensador
generador de vapor

TANQUES
Los códigos o normas sobre diseño de recipientes o tanques tienen como objeto principal que la fabricación se haga con la seguridad requerida a una economía razonable. Todos los tanques estarán provistos con los aditamentos necesarios para cumplir con su funcionamiento y los reglamentos de seguridad;
Usos de los tanques
Almacenamiento de condensado
Servicio diario de aceite combustible
Almacenamiento de aceite combustible
Almacenamiento de agua desmineralizada o evaporada
Almacenamiento de agua cruda
Servicio de aceite ligero
Tanque para columna de agua de enfriamiento
Tanque de mezcla de sustancias químicas
Drenes limpios fríos
Tanque de purgas (blow off tank)

COMPRESORES DE AIRE
El aire comprimido se utiliza en las plantas termoeléctricas para instrumentos, control, servicio, sopladores de la caldera y subestación eléctrica.

TRATAMIENTO Y MONITOREO DE AGUA
La alimentación de agua a la caldera constituye, desde el punto de vista químico, uno de los principales problemas de operación: influencia en la confiabilidad decisiva.
En las plantas termoeléctricas, la alimentación a la caldera es principalmente de condensado de la turbina (alrededor de 95 a 99%); las pérdidas por purgas, fugas de vapor y condensado, atomización de combustible, etc., deben compensarse con agua de repuesto cuyo volumen varía de 1 a 5%.
El agua de repuesto proviene de fuentes naturales de superficie o pozos profundos; en ninguno de los dos casos se encuentra en estado puro.

TUBERÍAS Y AISLAMIENTO

La aplicación de tuberías en plantas termoeléctricas y nucleares, refinerías y plantas químicas, etc., se basa normalmente en idénticas ( o muy similares) consideraciones de diseño. En su construcción se usan materiales de las mismas propiedades físicas y mecánicas, composición química y estructura metalúrgica; los procesos de fabricación como doblado, formado, soldado y tratamiento térmico involucran procedimientos idénticos que no dependen de la aplicación, sino de la calidad final deseada.

LAS CENTRALES NUCLEARES

OBJETIVO DE FUNCIÓN

Las centrales térmicas convencionales queman gas natural, carbón, fuel-oil para producir electricidad por medio de la combustión.

DEFINICIÒN DE CENTRAL TERMICA

Una central térmica es una instalación que produce energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas en una caldera diseñada al efecto. El funcionamiento de todas las centrales térmicas, o termoeléctricas, es semejante.
El combustible se almacena en parques o depósitos adyacentes, desde donde se suministra a la central, pasando a la caldera, en la que se provoca la combustión. Esta última genera el vapor a partir del agua que circula por una extensa red de tubos que tapizan las paredes de la caldera. El vapor hace girar los álabes de la turbina, cuyo eje rotor gira solidariamente con el de un generador que produce la energía eléctrica; esta energía se transporta mediante líneas de alta tensión a los centros de consumo. Por su parte, el vapor es enfriado en un condensador y convertido otra vez en agua, que vuelve a los tubos de la caldera, comenzando un nuevo ciclo.
El agua en circulación que refrigera el condensador expulsa el calor extraído a la atmósfera a través de las torres de refrigeración, grandes estructuras que identifican estas centrales; parte del calor extraído pasa a un río próximo o al mar.

Las torres de refrigeración son enormes cilindros contraídos a media altura (hiperboloides), que emiten de forma constante vapor de agua, no contaminante, a la atmósfera. Para minimizar los efectos contaminantes de la combustión sobre el entorno, la central dispone de una chimenea de gran altura (llegan a los 300 m) y de unos precipitadores que retienen las cenizas y otros volátiles de la combustión. Las cenizas se recuperan para su aprovechamiento en procesos de metalurgia y en el campo de la construcción, donde se mezclan con el cemento.

Ventajas de la energía nuclear:

No genera gases causantes del efecto invernadero (CO2…) y por tanto facilita el cumplir con el protocolo de Kyoto. Según la CE, la nuclear es la fuente de energía que menos gases de efecto invernadero emite a lo largo del ciclo de vida, que va desde la extracción de la materia prima hasta la generación de energía eléctrica. En total, la nuclear emite entre 3 y 40 toneladas por gigavatio/hora producido. El gas, la alternativa con menores emisiones de CO2 después de la nuclear, emite cien veces más: entre 398 y 469 toneladas.
Disminuye la dependencia energética de los países productores de combustibles fósiles (petróleo, gas, carbón)
Es independiente de la climatología.
Funciona las 24 horas del día. Solo es necesario pararlas por recarga o avería
Es batata e independiente del precio del petróleo y del gas. En España la energía eléctrica, al estar basada en el petróleo y en las renovables, cada vez será más cara. ¿Que va a suceder con la industria que necesita un alto consumo de energía eléctrica? Por ejemplo la metalúrgica, la del aluminio, etc. ¿Cerraran y se marcharan a Francia?
En España se dispone de la fábrica de combustibles nucleares de Juzbado

Inconvenientes:
Los residuos nucleares

Existen tres tipos de residuos:

De alta actividad, formados por los elementos de combustible gastado;
Tienen un periodo de semidesintegración superior a 30 años.
Contienen radionucleidos emisores alfa, gamma y beta de vida larga en concentraciones apreciables

Pueden desprenden calor.
Según los cálculos del sector energético nuclear, los residuos de alta actividad producidos por todas las centrales españolas en los próximos 40 años ocuparán lo mismo que los límites de un campo de fútbol y 1,3 metros de altura.

se almacenan de forma segura en piscinas de las propias centrales nucleares. No obstante, la investigación sobre almacenamientos definitivs se encuentra avanzada en "numerosos países", según Nuclenor, y apunta a la creación de un Almacenamiento Geológico Profundo (AGP) en formaciones geológicas estables

El volumen de combustible gastado que queda en las centrales de energía nuclear normales se puede reducir mucho si se vuelve a utilizar en plantas especiales
De media actividad, radionucleidos producidos en el proceso de fisión;
De baja actividad, fundamentalmente ropas, herramientas y otros utensilios contaminados en el mantenimiento de la central", según explica Nuclenor.

Los de media y baja actividad

No generan calor.

Contienen radionucleidos emisores beta-gamma con periodos de semidesintegración inferiores a 30 años (En menos de 30 años el material radiactivo se ha reducido a la mitad. A los 200 quedaría menos de un 1% y menos de la milésima parte al cabo de 300 años)
los residuos de media y baja actividad, generados en los próximos 40 años, ocuparán 16 y 6.400 campos de fútbol.

Se almacenan en el Centro de Almacenamiento de El Cabril, Córdoba, gestionado por ENRESA.
A la espera de que se avance en la creación de un AGP español, ENRESA trabaja en la creación de un Almacén Temporal Centralizado donde guardar, "de manera provisional y segura", los residuos radiactivos de alta actividad.

FUNCIONAMIENTO

El funcionamiento de las centrales térmicas nucleares es muy semejante al de las térmicas convencionales. La diferencia está en el combustible utilizado para producir energía. En el caso de las centrales térmicas se usan combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas) y en las nucleares, uranio o plutonio.

1. En las centrales térmicas y nucleares, el calor obtenido de los combustibles (combustión y reacción nuclear, respectivamente) se emplea para calentar el agua contenida en una caldera, que se transforma en vapor de agua.

2. Ese vapor se conduce a una turbina, moviendo los álabes o aspas de ésta.

3. El eje de la turbina está conectado a un generador de corriente, transformando la energía mecánica en energía eléctrica.

4. El vapor que sale de la turbina se condensa, al pasar por un circuito de refrigeración, y regresa a la caldera.

Desde una sala de control se gobierna la central y se manejan los dispositivos de seguridad que detienen el reactor en cuanto se atisba el mínimo riesgo de escape o mal funcionamiento.

IMPACTO AMBIENTAL

Energía Nuclear y Cambio Climático

Hoy en día se admite sin lugar a dudas que el calentamiento global ha sido provocado por la acción del hombre y si no se toman medidas urgentes para detener su incremento, provocará graves consecuencias para la humanidad.

La contaminación producida por la emisión de determinados gases, tiene mucho que ver en el calentamiento global. Son los llamados gases de efecto invernadero y el que más influye con diferencia en este efecto invernadero es el Dióxido de Carbono (CO2) que proviene sobre todo del uso de los combustibles fósiles junto con los óxidos de nitrógeno (NOx) y el dióxido de azufre (SO2).

El NOx y el SO2 son los principales causantes de la lluvia ácida además de tener mucho que ver con la destrucción de la capa de ozono, y se producen en su mayoría por la combustión de carbón y petróleo en las centrales térmicas y refinerías.

Entre las medidas más importantes que se deben tomar para frenar el calentamiento global se encuentra la reducción del uso de combustibles fósiles, los cuales se utilizan para producir la mayoría de la energía eléctrica que se consume. Por lo tanto, para reducir su uso es preciso recurrir a otras fuentes de energía.

CENTRALES IMPLATADAS EN ESPAÑA

CURIOSIDADES